本文是一篇建筑工程管理论文，本文对2个试件进行了低周往复循环加载试验，探究有无抗扭装置对预埋螺栓式承台柱的抗扭力学性能和破坏形态的影响，通过绘制滞回曲线，综合反映试件在反复荷载下的强度、抗扭刚度、延性、耗能性能及刚度退化等多种重要的性能指标。
第1章绪论
1.2课题背景及意义
随着科学技术快速发展，特高压输电技术同样持续进步，人们对输电线路设备及其运行的安全性与可靠性要求渐趋提升，输电线路稳定运行以及设备结构完好状况，主要由塔基稳固性决定[1]，在电力系统中，输电线路杆塔基础质量直接关乎电力系统运行与稳定，输电线路塔基种类多样，分布零散[2]，受自然条件限制[3]。输电杆塔基础种类主要有钢套筒式基础、直埋式基础、转孔灌注桩基础、台阶式基础、岩锚基础以及装配式基础，这些不同类型基础各有特点，适用于多样地形与工程需求。
在工程建设中，由于存在着设计失误和工程质量的缺陷，造成输电线路杆塔基础的变形、垮塌[4]等问题。在输电线路工程中，钢管杆的设计和安装是一项复杂的工作，特别是对于双回路钢管杆，导线挂线的设计和施工安装需要特别小心。基于双回路钢管杆的结构特点，如图1-1所示，在实际施工操作中，无法实现左右平衡挂线，需要采取单侧挂线完成后再挂另一侧的策略。然而，单侧挂线后再挂另一侧会导致出现扭矩，这会影响线路的安全运行和结构的稳定性；由于电气接线原因，只需要挂一侧的两回路，另一侧的两回路横担不挂线。正常运行时，由于前后档距的张力差导致了扭矩。通过对预埋螺栓式承台柱的构造和受力的分析研究，由于预埋螺栓的特点[5]和其在承台柱中埋深较长，螺栓受剪时体现出受弯构件的特性，预埋螺栓扭矩在预埋高度内呈分布式，作为集中扭矩施加到承台柱上，并从内部施加给承台柱一个附加力使承台柱受力复杂，也会造成承台柱发生扭转破坏。
1.3混凝土柱抗扭研究现状
1991年，徐积善[11]等学者针对10根空心钢管柱、7根圆形核心混凝土柱以及6根钢管混凝土柱试件，着手进行双轴压扭复合作用下的非对称单调加载试验研究，同时还针对6组钢管混凝土试件开展了低周反复荷载作用下的滞回性能测试，主要考察不同构件的力学性能以及破坏模式演化特征。试验数据说明，在压扭耦合荷载工况中，钢管混凝土复合柱呈现出良好的承载能力与变形性能，并且可充分发挥钢材与混凝土的材料协同效应，其特殊的组合结构特性使得该结构形式在地震作用下的能量耗散机制以及延性破坏特征有一定优势。
1995年，韩林海[12]开展了针对4根钢管混凝土构件的纯扭实验研究工作，于试验加载进程当中，钢管跟核心混凝土的变形呈现出一致的整体协调性，钢管混凝土构件呈现出优良的塑性特性，借助有限元软件针对实验构件的全扭转过程展开了分析，所得结果与实验数据的相符程度较高，该研究提出了钢管混凝土纯扭构件的抗扭承载力指标，并且给出了相应的简化计算公式，用以评估其抗扭能力。
2003年，Beck和Kiyomiya[13]对4个CFST、3个钢管和1个混凝土试件进行了纯扭转试验，发现CFST的极限扭转是钢管和混凝土的1.26倍。此外，CFST柱具有非常高的变形能力，因为混凝土阻止了钢管的局部屈曲。
2008年，李红波[14]进行了对比试验，针对四组钢骨混凝土构件以及两组普通钢筋混凝土构件在纯扭矩荷载作用下的力学响应展开对比分析，此项研究通过分析复合构件的抗扭机理，该试验里的H型钢骨架让极限扭矩值提高了38%至52%，而且借助塑性变形对构件的延展性以及破坏后的残余刚度给予优化。当配箍率从0.8%提升至1.5%时，SRC试件承载力增幅达到22.4%，其强化效果明显优于单纯增加纵筋配筋率或者型钢含量的改造方案，这为工程设计当中抗扭构造的优化提供了定量依据。
第2章预埋螺栓式承台柱的抗扭试验试件设计
2.2试件尺寸设计
在保证和原型柱配筋率相同的原则下设计2个试件，实际工程中的原型柱截面直径为3800mm，高2500mm，混凝土保护层厚度为80mm。缩尺比例为1:5，具体的截面尺寸及配筋如图2-1、图2-2及表2-1所示。
2.3装配式抗扭卡盘装置的设计
在实际工况中，尤其是针对预埋螺栓式承台柱，根据预埋螺栓的特点和其在承台柱中埋深较长，螺栓受剪时体现出受弯构件的特性，并从内部施加给承台柱一个附加力使承台柱受力复杂，最终导致承台柱发生扭转，且预埋螺栓式承台柱所受扭矩是传统承台柱所受扭矩的10倍以上，若不能及时消除扭转，将对实际工程不利并将造成一定的安全隐患，因此需要通过抗扭装置对预埋螺栓式承台柱进行保护，在输电工程领域，传统抗扭设计普遍采用加粗预埋螺栓的单一解决方案，通过增加螺栓直径来提升结构抗扭转能力。然而在输电工程实践中表明，螺栓连接部位受风振荷载循环作用、材料腐蚀受损及环境温度变化等多因素耦合影响，极易产生渐进式松动现象。这种松动不仅会导致初始预紧力持续衰减，更会引发扭矩传递路径的不完整，最终形成“松动-应力重分布-进一步松动”的恶性循环，严重威胁输电杆塔结构的整体稳定性。针对这一技术难题，本文创新性地研发了装配式抗扭卡盘装置，该装置通过构型创新实现了2个关键突破：首先，采取不改变螺栓直径的方法取代传统加粗螺栓的抗扭模式；其次，通过模块化装配设计形成分布式承载体系，有效降低单一连接节点的应力集中。该装置在保持传统预埋螺栓式承台柱施工便捷性的同时，不仅显著提升了抗扭承载力，更从根源上解决了因螺栓松动弯曲而引发的结构性能退化问题，为输电杆塔的长周期安全运行提供了新的技术保障。
装配式抗扭卡盘装置，包括上卡盘，下卡盘和连接杆。其中上卡盘的表面开设有螺栓孔，1根钢杆固定连接下卡盘。卡盘作为夹紧螺栓和精准定位螺栓的机械装置，并采用钢杆到连接卡盘的作用。
第3章预埋螺栓式承台柱的力学性能有限元分析.....................40
3.1材料本构模型的选择..................................40
3.1.1混凝土的本构模型..................................40
3.1.2钢筋的本构模型..........................41
第4章输电钢管杆承台柱抗扭优化设计..........................58
4.1工程概况...............................58
4.2钢管杆受力分析..............................58
4.3钢管杆承台柱基础受力特性........................59
结论....................65
第4章输电钢管杆承台柱抗扭优化设计
4.1工程概况
在输电线路架设与运行过程中，不对称挂线工况引发的钢管杆扭转是威胁杆塔安全的关键因素之一[56]。当施工阶段采用单侧挂线作业时，挂设导线的重力荷载与水平张力会率先作用于横担单侧，形成以塔身中心轴为支点的非对称力矩。若另一侧挂线施工未采用张力平衡工艺，累积的残余扭矩将叠加，导致杆塔内部产生复杂的应力状态。本课题的工程设计要求仅在同一横担单侧安装双回路导线，而对侧两回路横担则处于空载状态。这种长期存在的非对称荷载分布使钢管杆在正常运行期间持续承受前后档导线的张力差异作用，即挂线侧导线因弧垂调整与风偏效应产生动态张力波动，而非挂线侧没有进行反向张力抵消，导致横担与塔身连接节点处形成持续性扭矩载荷。这种扭矩不仅会引发杆塔整体扭转形变，还会加剧螺栓连接部位的应力交变，最终可能导致结构失稳或连接失效等连锁性安全隐患。
结论
本文从对承台柱构造和受力的分析研究出发，结合工程中钢管杆预埋螺栓式承台柱的特点，根据预埋螺栓式承台柱的结构和尺寸设计了2个试件。本文对2个试件进行了低周往复循环加载试验，探究有无抗扭装置对预埋螺栓式承台柱的抗扭力学性能和破坏形态的影响，通过绘制滞回曲线，综合反映试件在反复荷载下的强度、抗扭刚度、延性、耗能性能及刚度退化等多种重要的性能指标。本文还利用ABAQUS软件建立了4组不同混凝土强度、4组不同截纵向配筋率、4组不同配箍率和4组不同的螺栓直径的预埋螺栓式承台柱的受扭有限元模型，对其受扭承载力、扭矩-扭转角曲线、极限扭矩和延性系数进行了分析。最后，本文从钢管杆受力分析、钢管杆基础承台柱的预埋螺栓布置设计及受力分析等方面，简要分析了钢管杆承台柱优化设计的具体内容，从而为输电线路钢管杆承台柱的抗扭优化及工程应用提供了技术支持。本文的主要结论如下：
（1）实验结果表明，试件CSRT的内置抗扭卡盘连接装置能够抑制承台柱表面裂缝的形成，同时预埋螺栓结构完整性得以保持，这证实了抗扭装置在荷载传递路径设计方面的合理性，从而有效规避了螺栓断裂的潜在风险。通过对两试件的延性性能和耗能性能对比，进一步研究发现，采用装配式抗扭卡盘连接装置可提升承台柱的抗扭性能。
（2）在循环荷载的作用下，两试件的骨架曲线在整体变化趋势上具有相似性，但试件CSRT的正向极限扭矩较试件CS显著提高了17.66%，这一差异主要体现在骨架曲线的强化阶段，表明试件CSRT更具有良好的抗扭承载能力。通过比较两试件的延性性能和耗能性能，试件CSRT的等效阻尼比均值较基准试件CS显著提升57.14%，在刚度退化方面，试件CSRT呈现平缓的渐进式退化规律，说明内置抗扭装置通过改变截面应变分布，有效抑制了螺栓的刚度折减。
参考文献（略）
